淺論市政道路軟土地基處理的設計
——以角美奧特萊斯大道工程軟土地基處理為例

林文勝

（廣東中譽設計院有限公司， 福建 福州 350001）

1 工程概況

奧特萊斯大道位于漳州市龍海市角美鎮(zhèn)，項目起于國道324，終點位于奧特萊斯現代服務業(yè)園區(qū)，是連接奧特萊斯現代服務業(yè)項目與廈門、漳州的重要通道。該道路長度2.18km，道路等級為城市主干道，雙向六車道，設計車速為40公里/小時，道路紅線寬度為50米。

本工程項目所在場地上部土質以軟土為主，工程性質差。場地地層分布有如下地層：①素填土（Q4ml）、②粉質粘土（Q4al+pl）、③粗、礫砂（Q4al+pl）、④淤泥-淤泥質土（Q4m）、⑤粗、礫砂（Q4al+pl）、⑤-1粉質粘土（Q4al+pl）、⑥殘積粘性土（Qel）、⑦全風化花崗巖（r52(3)c）、⑧土狀強風化花崗巖（r52(3)c）。其中④淤泥-淤泥質土（Q4m）為典型的軟土，為流塑～軟塑狀態(tài)，地基容許承載力低，工程性質較差，具有壓縮性高、孔隙比大、含水量高的特點，它對路基工程和其它構造物基礎均造成不良的影響，例如因路基的不均勻沉降影響行車舒適性、因強度及穩(wěn)定性降低而造成結構物破壞等等，必需進行地基處理。

2 地基處理的目的及要求

軟土地基處理的目的是為了解決路堤的穩(wěn)定和控制工后沉降，工程范圍內地層下的淤泥-淤泥質土等高壓縮性的飽和軟粘土是重點處理的土層。

軟土地基處理要求：一般路基地基承載力≥100kPa

工后沉降控制標準根據規(guī)范采用為：

一般路基段：50cm

涵洞、箱型通道處：30cm

橋臺連接段：20cm

3 軟基處理方案比選

3.1 處理原則和方法

軟土地基的處理對于道路建成后的使用質量至關重要，針對軟土含水量高、壓縮性大、承載力低的特點，設計方案應從技術、施工工藝、造價、工期等因素全方位考慮。

地基處理根據軟土的性質、物理力學指標、埋置深度和厚度特點及路堤設計高度，結合表層土和耕植土情況分別采用表層壓實法、換填法和深層處理法等，根據不同土層情況和工期要求，按經濟適用原則，采用不同方法分段處理。

3.2 處理方法和適用條件

（1）換填法（軟土厚小于3m）

表層耕土應予全部挖除換填，素填土直接位于粉質粘土之上的采用表層壓實法，位于軟土之上的與軟土一起處理。軟土層層底埋深小于3.0m的采用換填法比較經濟；大于3.0m的應采用深層處理法。

（2）水泥土攪拌樁+碎石墊層+土工格柵（軟土厚大于3m）

對于淤泥厚度大于3m的軟弱地基且工期有嚴格限制時，考慮采用本方案。主要作用原理是攪拌機械充分攪拌水泥漿和土，形成復合地基，該地基為樁土共同作用，提高地基承載能力，減少地基沉降。

（3）塑料排水板+預壓+砂礫墊層（軟土厚大于3m）

對于淤泥厚度大于3m的軟弱地基，砂礫墊層鋪設于基底表面，地基設置塑料排水板，形成排水通道，通過加壓，加速地基水平和豎向的排水固結，提高地基承載力，減小沉降。

（4）袋裝砂井+真空預壓+砂礫墊層

對于淤泥厚度大于3m的軟弱地基，砂礫墊層鋪設于基底表面，地基設置袋裝砂井，形成排水通道，通過真空預壓，加速地基水平和豎向的排水固結，提高地基承載力，減小沉降。

3.3 方案比較：

（1）方案一使用范圍廣泛，施工工藝簡單，質量容易控制，處理效果好，對環(huán)境無影響，造價相對較低。

（2）方案二使用范圍廣泛，加固深度可達20m，處理效果好，工期短，施工技術要求較高，工程費用相對較高，會影響周邊環(huán)境。但項目區(qū)域施工經驗豐富。

（3）方案三施工技術要求較不高，所需的預壓期較長，排水固結總沉降量較大，對周邊構造物影響較大，同時超（等）載土方需二次調運。但該方法工程造價相對較低，而且項目區(qū)域施工經驗豐富。

（4）方案四施工工藝較復雜，可有效加速排水固結所需預壓期較短，但工藝復雜質量不易控制，對淤泥的均質要求高，造價相對較高，該區(qū)域尚未有成功案例。

綜合以上比較，并對沿線地質情況進行分析，采用適合的軟土處理方式，對于水田、水塘地等地段的浮泥或表層厚度小于3m的軟弱地基，可采用方案一即挖除換填處理；對于淤泥厚度大于3米的軟弱地基，推薦采用方案二（水泥土攪拌樁+碎石墊層+土工格柵）進行處理。

4 地基處理方案設計

以下設計及計算以水泥土攪拌樁為例進行地基處理設計及地基承載力計算

4.1 復合地基承載力驗算

K0+840斷面地質情況具代表性，以下計算以K0+840斷面為例進行地基承載力驗算。

4.1.1 計算參數

K0+840處土層分布：0-0.8m為素填土，qs=10kpa，天然地基承載力為50kpa；0.8-1.6m為粉質粘土，qs=15kpa；1.6-6.2m為淤泥-淤泥質土，qs=6kpa，6.2-17m為粉質粘土，qs=16kpa，qp=180kpa；17m以下為全風化花崗巖。水泥土攪拌樁按照等邊三角形布置，間距1.2m，樁徑 500mm，樁斷面積Ap=0.196m2，樁周長Up=1.57m，樁長按照穿透軟弱土層進入承載力相對較高的土層0.5m計算，取6.7m。

4.1.2 面積置換率計算

面積置換率按下式計算：

式中：m-面積置換率；

d-樁身平均直徑（m）；

de-一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑（m）；等邊三角形布樁de=1.05s，s為樁間距；

經計算，水泥土攪拌樁的面積置換率為0.52/(1.05x1.2)2=0.157。

4.1.3 單樁承載力計算

式中：

n——樁長范圍內所劃分的土層數；

qsi——樁周第 i層土的側阻力特征值。li——樁長范圍內第 i層土的厚度(m)；

qp——樁端地基土未經修正的承載力特征值(kPa)；

α——樁端天然地基土的承載力發(fā)揮系數，可取 0.4～0.6，天然地基土承載力高時取低值。

計算:Ra=1.57x（0.8x10+0.8x15+4.6x6+0.5x16）+0.5x0.196x180=104.93kN

4.1.4 樁身材料強度的確定

樁身材料強度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力：

fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊，邊長為 70.7mm的立方體，在標準養(yǎng)護條件下 90d齡期的立方體抗壓強度平均值(kPa)；

η——樁身強度折減系數，濕法可取 0.25；

up——樁橫截面周長(m)；

經計算：fcu≥104.93/（0.25x0.196）=2.14MPa 4.1.5復合地基承載力驗算

式中：fspk——復合地基承載力特征值(kPa)；

——單樁承載力發(fā)揮系數，宜按當地經驗取值，可取 1.0；

m——面積置換率；

Ra——單樁承載力特征值(kN)；

Ap——樁的截面積(m2)；

——樁間土承載力發(fā)揮系數，按當地經驗取值，可取 0.6；fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應按靜載荷試驗確定；無試驗資料時可取天然地基承載力特征值。

計算:fspk=1.0x0.157x104.93/0.196+0.6x（1-0.157）x50=109.34 kPa＞100 kPa，滿足復合地基承載力要求。

4.1.6 復合地基沉降驗算

（1）復合地基變形計算應符合國家《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007的有關規(guī)定。

式中：s——地基最終變形量（mm）；

s’——按分層總和法計算出的地基變形量（mm）；

Ψs——沉降計算經驗系數，根據地區(qū)沉降觀測資料及經驗確定，無地區(qū)經驗時可根據變形計算深度范圍內壓縮模量的當量值（）、基底附加壓力按表5.3.5取值；

n——地基變形計算深度范圍內所劃分的土層數（圖5.3.5）；

p0——相應于作用的準永久組合時基礎底面處的附加壓力(kPa)；

Esi——基礎底面下第i層土的壓縮模量（MPa），應取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算；

zi、zi-1——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離（m）；——基礎底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數，可按本規(guī)范附錄K采用。

（2）復合土層的壓縮模量可按下式計算：

式中:fak—基礎底面下天熱地基承載力特征值（kPa）

（3）地基沉降計算深度

計算至全風化花崗巖頂面，計算深度為17m。

（4）計算過程

復合土層沉降計算

復合土層以下土層的沉降計算

壓縮模量的當量值：7.000(MPa)

沉降計算經驗系數： 1.0

復合土層以下沉降量：S2=1.00 x 146.07=146.07(mm)

總沉降量為S=S1+S2=128.79+146.07=274.86mm＜500mm

故復合地基沉降滿足規(guī)范要求。4.2復合地基處理設計

（1）水泥土攪拌樁按照等邊三角形布置，間距1.2m，樁徑 500mm。

（2）樁長按照穿透軟弱土層進入承載力相對較高的土層0.5m控制。

（3）水泥攪拌樁90天無側限抗壓強度不小于2.14Mpa，單樁承載力不小于104.93KN，復合地基承載力大于100Kpa。

（4）水泥選用42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為0.5，樁未偏差不大于50mm，垂直度不超過10%，樁徑不小于設計要求。

（5）水泥攪拌樁樁頂設置50cm碎石褥墊層并鋪設兩層雙向寬幅土工格柵以保障路基均勻穩(wěn)定沉降。土工格柵采用拉伸型雙向聚丙烯（TGSG40-40）土工格柵，每延米縱向抗拉屈服強度不小于40KN，端部回折長度應不小于2米。

5 結論

作者所設計的奧特萊斯大道工程已于2015年6月份竣工通車， 經過兩年多的運行，該道路運行狀況良好，地基承載力及沉降值檢測值都與設計值基本吻合。本文以奧特萊斯大道工程軟土地基處理為例對軟土地基的設計拋磚引玉，強調軟土地基處理設計時應先進行方案比選，并結合當地實際施工工藝，確定合理，經濟，實用的軟基處理方案。

[1]城市道路路基設計規(guī)范(CJJ 194-2013)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013

[2]公路軟土地基路堤設計與施工技術細則(JTGT D31-02-2013)．北京：人民交通出版社，1995

[3]建筑地基處理技術規(guī)范(JGJ79-2012)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

[4]龔曉光．地基處理手冊（第三版）．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008